1、1毕业设计开题报告电气工程与自动化异步电机的矢量控制系统研究一、选题的背景与意义在20世纪大部分年代里，直流调速技术在理论上和实践上较为成熟，而交流调速技术却始终无法与直流调速相比。直流电机具有很多优点，如起制动性能良好，可以实现广范围内平滑调速等。直流传动所具有的优越的调速性能，使得高性能可调速传动都使用直流电动机，而异步电动机的调速性能难以满足生产要求,所以不变速传动多采用交流电动机。随着生产技术的不断发展，直流电机的薄弱环节逐步显示出来，由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量，最高转速以及使用环境都受到限制，稳定性差，成本高，人们把目光转向结构简单，运行可靠，便于维护、
2、价格非常低廉的交流电机。交流电机变频调速是一种比较理想调速方法，其实早在20世纪20年代人们对此就有比较明确的认识既能在宽广的速度范围内实现无级调速，也不会在调速过程中使运行效率下降，更可获得良好的起动运行特性。但由于当时一直受技术或手段的限制而进展缓慢未能推广使用。到了现代,随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速系统的应用比重逐年上升。而矢量控制技术的产生，又使交流电机的调速技术登上了一个新台阶,矢量控制能够对电压、电流以及它们产生的磁势、磁链的瞬间值进行控制，并且能够实现磁通和转矩的解耦,从而大大提高电机的动、静态性能,使交流电机获得了与直流电机相仿甚至超越直流电机的高动态性能。异
3、步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从其动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统的控制方案之一。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的2对应量，以实施控制。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1、研究的基本内容根据异步电机矢量控制的基本原理，基于MATLAB/SIMULINK构造异步电机模型及按转子磁场定向的矢量控制的
4、仿真模型，通过仿真实验验证模型的正确性。首先是绪论部分，回顾交流传动和变频调速的概况，列举实用的交流调速系统的几种控制方法和技术，其次对MATLAB/SIMULINK的基本使用，三相异步电机的工作原理，三相异步电机的数学模型和物理模型，以及矢量控制所需的坐标变换等进行了介绍。接下来在MATLAB/SIMULINK的工作环境下，采用结构化合模块化的方法，对异步电机的各个部分进行子系统设计，最后综合所有模块得到系统的建模并对它仿真，从而得到一个矢量控制的异步电机调速系统。完成对系统性能的测试。2、拟解决解决的主要问题1、系统的仿真模型在MATLAB/SIMULINK的工作环境下，采用结构化合模块化
5、的方法，对异步电机的各个部分进行子系统设计。2、仿真综合所有模块得到系统的建模并对它仿真，从而得到一个矢量控制的异步电机调速系统。完成对系统性能的测量。三、研究的方法与技术路线研究方法利用MATLAB/SIMULINK建立异步电机的仿真模型，通过仿真实验验证模型的正确性。系统仿真采用国际控制界最流行的控制系统计算机辅助设计语言MATLAB，其仿真工具SIMULINK是一种采用控制系统模型图形输入与仿真的软件。SIMULINK可以利用鼠标在模型窗口上画出控制系统的模型，然后利用它提供的功能来对系统进行仿真或者线形化分析。如图所示为异步电机矢量控制系统仿真模型图。3图异步电机矢量控制系统的SIMU
6、LINK实现技术路线（1）、构建系统系统框图,这个系统主要分为六个部分速度控制器、矢量控制器、电流比较脉冲产生器、全桥逆变电路、异步电机和反馈回路。（2）、对各个系统模块参数等进行独立的分析，并且励磁电流计算模块在用模块搭建的同时，也用了S函数编程来实现。（3）、将上述各个部分组合起来，便可以得到系统的仿真模型图，通过改变不同的给定转矩和负载来实现不同的电压、电流、转矩和速度。系统测量得电机的转速与给定转速比较，得到期望的电磁转矩；再通过矢量控制环节求得与之对应的电流，并与反馈的电流比较得出逆变电路的的脉冲信号，从而控制异步电机的的定子端输入电压。系统是个双环控制系统，外环是转度控制环，用来调
7、节电机运行的转矩基本在未定转速上，内环是电流，来稳定运行的电流。双环控制使得电机的运行更加稳定可靠。四、研究的总体安排与进度201011201012完成毕业设计论文的外文翻译，文献综述，开题。2011120112熟悉MATLAB/SIMULINK软件的应用和异步电机矢量控制的原理。2011220113完成异步电机矢量控制的建模，参数设计计算，模型仿真。2011320115完善毕业设计的具体内容，完成毕业论文。2011520116准备答辩。五、主要参考文献1王立新，周顺荣一种改进的异步电机矢量控制方法中小型电机J2005，32（6）141742王兆安，黄俊电力电子技术北京机械工业出版社20023
8、王海峰，任章异步电机矢量变换控制系统的MATLAB/SIMULINK仿真J电气传动自动化2003，25（4）23254许大中，贺益康电机控制杭州浙江大学出版社1999481045李华德，白晶，李志民，李擎交流调速控制系统M电子工业出版社，200336李汉强矢量控制异步电机等效电路及其参数变化因素分析武汉交通科技大学学报N1999，23（5）4694727吴守篇，藏英杰电气传动的脉宽调制控制技术M机械工业出版社200318陈伯时电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社，19929张惠萍异步电机智能矢量控制变频调速系统的研究D江南大学200410祝龙记，王汝琳基于S函数的异步电动机变频调速系统的仿真
9、建模计算机仿真J2004，21（10），525311周荣政用MATLAB/SIMULINK进行交流调速系统的仿真湖北工学院学报N1998，13（3），737712胡崇岳现代交流调速技术M机械工业出版社1998913贾正春，许锦兴电力电子学武汉华中理工大学出版社，199314夏扬基于SIMULINK的感应电机建模及仿真研究J电气传动自动化2002,24（1）3415程翔，高学军基于SIMULINK的异步电动机矢量控制系统的仿真沈阳理工大学学报N2005，24（4）293116薛定宇等基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与应用M清华大学出版社，2002417潘晓晟、赫世勇MATLAB电
10、机仿真精华50例北京电子工业出版社。2007718GILBERTOCDSOUSAETCFUZZYLOGICBASEDONLINEEFFICIENCYOPTIMAZATIONCONTROLOFANINDIRECTVECTORCONTROLLEDINDUCTIONMOTORDRIORIEEETANSONINDUSTRIALELECTRONICS,1995,42219219719HEJIN,NEDMOHAN,ANDBILLWOLDDESIGNANDRESEARCHONVARIABLEFREQUENCYSPEEDREGULATINGIEEEIASANNMEET1990520KRAUSE,PC,THOM
11、ASCHSIMULATIONOFSYMMETRICALINDUCTIONMACHINERYJIEEETRANSPOWERAPPARATUSANDSYSTEMS,1965,8411103810536毕业设计文献综述电气工程与自动化异步电机的矢量控制系统研究一、说明材料来源情况宁波大学图书馆和阅览室，MATLAB电机仿真精华50例，中国期刊全文数据库，ELSEVIER期刊SCIENCEDIRECT和IEL全文数据库。二、对课题的研究历史、现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述异步电机在早期阶段，交流调速性能始终无法与直流电机相比，交流电机的使用受到很大限制，因此早期的高性能调速系统一般都采用直流
12、电机，直流电机调速一直占有主导地位。然而交流调速也有其突出的优点造价成本低，结构简单，维护容易，可以实现高压大功率以及高速驱动，适宜在恶劣的条件下工作等，这又吸引着人们对异步电机展开研究。自20世纪70年代提出了异步电机矢量变换控制方法，至今已获得迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制电机的励磁与转矩电流分量，从而获得与直流机一样的良好的动态调速特性。这种控制方法现已比较成熟，但是因为这种方法采用了坐标变换，需要进行快速、复杂的数学运算，所以对控制器的运算速度、处理能力等要求较高，微型计算机技术的发展为矢量变换控制的实现提供了良好的外部条件。近年来，
13、围绕着矢量变换的缺陷，如系统结构复杂，非线性和电机参数变化影响系统性能等问题，有许多学者进行了大量的研究。1985年，德国的教授提出了一种新的控制方法，即异步电机直接转矩控制系统。它不需要坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，但是有些问题还未解决，如低速时转矩观测器和转矩波动等。现在转矩直接控制的系统，大多是或采用了将磁链定向与直接转矩相结合的方法，低速时采用磁链定向矢量变换控制，高速时采用直接转矩控制，或者同时观测转子磁链的，作为直接转矩控制系统的校正。一来这种方法平稳切换的时机较难确定，二来如果低速时采用磁链定向矢量控制，或采用观测转子磁链的方法，还是要依赖转子参数。也就是说只要有转子磁7链
14、的成分在里面，就还是对转子参数较敏感，无法体现直接转矩控制的优势。由此看来，转矩直接控制还没有完全实现。除此以外，基于现代控制理论的滑模变结构控制技术、采用微分几何理论的非线性解耦控制、模型参考自适应控制等方法的引入，使系统性能得到了改善。但这些理论仍然建立在对象精确的数学模型上，有的需要大量的传感器和观察器，因而结构复杂，有的仍无法摆脱非线性和电机参数变化的影响，所以需要进一步探讨解决上述问题的途径。纵观电机工业的发展史，几乎每一次大的发展都有理论方面的突破。但作为比较成熟的电机控制理论，再提出具有划时代意义的理论不太容易。所以，今后相当一段时间内还会是将现有的各种控制理论加以结合，互相取长
15、补短，或将其他学科的理论、方法引入电机控制，走交叉学科的道路，以解决上述问题。近年来，智能控制研究很活跃，并在许多领域获得了应用。由于智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，因而许多学者将智能控制方法引入了电机控制系统的研究，并预言未来的十年将开创电力电子和运动控制的新纪元。比较成熟的是模糊控制，它具有不依赖被控对象精确的数学模型、能克服非线性因素的影响、对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性等优点。最初的电机控制都是采用分立元件的模拟电路，后来随着电力电子技术的进步，基础电路甚至电机控制专用集成电路被大量在电机控制中引用，这些电路大多为模拟数字混合电路，它大大提高了电机控制器的可靠性
16、、抗干扰能力，又缩短了新产品的开发周期，降低了研制费用，因而近年来发展很快。随着技术的进步，特别是数字化趋势广泛流行的今天，人们不会满足于停留在模拟数字混合的时代。数字化技术一定会为电机的发展做出巨大贡献。电力电子技术也是电机控制技术发展的最重要的物质基础，电力电子技术的迅猛发展，电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件晶闸管（SCR发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件IGBT、SIT、MCT等，和如今正蓬勃发展的第四代产品功率集成电路（PIC）。但每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改
17、进，性能有了突飞猛进，在不同应用领域它们在相互竞争，新的应用不断出现。8六、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势在科学技术高速发展的21世纪，可以预期新的更高性能电力电子器件还会出现，已有的各代电力电子元件还会不断地改进提高。随着科学技术的不断发展，可以供选择异步电机变频调速技术越来越多，也越来越先进，异步电机的发展取得飞速进步，我相信异步电机随着科学技术的发展一定会有更广阔的发展前景。主要参考文献1王立新，周顺荣一种改进的异步电机矢量控制方法中小型电机J2005，32（6）14172王兆安，黄俊电力电子技术北京机械工业出版社20023王海峰，任章异步电机矢量变换控制系统的MATL
18、AB/SIMULINK仿真J电气传动自动化2003，25（4）23254许大中，贺益康电机控制杭州浙江大学出版社1999481045李华德，白晶，李志民，李擎交流调速控制系统M电子工业出版社，200336李汉强矢量控制异步电机等效电路及其参数变化因素分析武汉交通科技大学学报N1999，23（5）4694727吴守篇，藏英杰电气传动的脉宽调制控制技术M机械工业出版社200318陈伯时电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社，19929张惠萍异步电机智能矢量控制变频调速系统的研究D江南大学200410祝龙记，王汝琳基于S函数的异步电动机变频调速系统的仿真建模计算机仿真J2004，21（10），525
19、311周荣政用MATLAB/SIMULINK进行交流调速系统的仿真湖北工学院学报N1998，13（3），737712胡崇岳现代交流调速技术M机械工业出版社1998913贾正春，许锦兴电力电子学武汉华中理工大学出版社，199314夏扬基于SIMULINK的感应电机建模及仿真研究J电气传动自动化2002,24（1）34915程翔，高学军基于SIMULINK的异步电动机矢量控制系统的仿真沈阳理工大学学报N2005，24（4）293116薛定宇等基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与应用M清华大学出版社，2002417潘晓晟、赫世勇MATLAB电机仿真精华50例北京电子工业出版社。2007
20、718GILBERTOCDSOUSAETCFUZZYLOGICBASEDONLINEEFFICIENCYOPTIMAZATIONCONTROLOFANINDIRECTVECTORCONTROLLEDINDUCTIONMOTORDRIORIEEETANSONINDUSTRIALELECTRONICS,1995,42219219719HEJIN,NEDMOHAN,ANDBILLWOLDDESIGNANDRESEARCHONVARIABLEFREQUENCYSPEEDREGULATINGIEEEIASANNMEET199020KRAUSE,PC,THOMASCHSIMULATIONOFSYMMETR
21、ICALINDUCTIONMACHINERYJIEEETRANSPOWERAPPARATUSANDSYSTEMS,1965,84111038105310本科毕业设计（20届）异步电机的矢量控制11摘要【摘要】异步电机是个复杂的系统，其调速方法也因系统的非线性性而复杂，但是直流电机调速却是个良好的线性调速系统。从直流电机的模型中和矢量控制的原理上得到启示，我们将异步电机的各种方程通过转换，可以得到与直流电机相似的调速模型。在MATLAB/SIMULINK的工作环境下，采用结构化合模块化的方法，对异步电机的各个部分进行子系统设计，最后综合所有模块得到系统的建模并对它仿真，从而得到一个矢量控制的异步
22、电机调速系统。完成对系统性能的测量。【关键词】异步电机；矢量控制；数学模型；MATLAB/SIMULINK12ABSTRACT【ABSTRACT】ASYNCHRONOUSMOTORISACOMPLEXSYSTEM,ITSSPEEDCONTROLMETHODSFORNONLINEARNATUREANDCOMPLEXITYOFTHESYSTEM,BUTTHEDCMOTORISAGOODLINEARSPEEDCONTROLSYSTEMFROMTHEDCMOTORMODELANDTHEPRINCIPLEOFVECTORCONTROLONTHEINSPIRATION,WEWILLALLEQUATIONS
23、BYASYNCHRONOUSMOTORCONVERSION,CANBESIMILARWITHTHEDCMOTORSPEEDCONTROLMODELINMATLAB/SIMULINKWORKINGENVIRONMENT,COMPOUNDEDBYAMODULESTRUCTUREMETHOD,THEVARIOUSPARTSOFTHEASYNCHRONOUSMOTORSUBSYSTEMDESIGN,ANDFINALLYINTEGRATEDALLTHEMODULESARESYSTEMMODELINGANDITSSIMULATION,ANDTHUSOBTAINAVECTORCONTROLOFASYNCHR
24、ONOUSMOTORSPEEDCONTROLSYSTEMCOMPLETIONOFSYSTEMPERFORMANCEMEASUREMENTS【KEYWORDS】ASYNCHRONOUSMOTORVECTORCONTROLMATHEMATICALMODELMATLAB/SIMULINK13目录第1章绪论111电力电子技术是现代交流调速的物质基础1612交流调速系统控制技术的发展1713矢量控制技术开创了交流调速与直流调速相竞争的时代1814脉宽调制技术1815论文的内容及意义19第2章MATLABSIMLINK基本使用介绍2021软件背景20211仿真软件MATLAB的概述20212MATLAB/
25、SIMULINK软件的介绍2122模块库22221信号源模块库23222连续系统模块库25223离散系统模块库26224表格查询模块库27225数学操作模块库28226非连续系统模块库29227接收模块库30228信号路由模块库31229端口与子系统模块库322210其他模块库3223SIMULINK模型的建立34231模型窗口建立34232模块的连接与简单处理3524仿真环境36241微分方程求解设置36242MATLAB工作空间设置WORKSPACEI/O3714243仿真错误警告38244高级仿真属性设置39245实时工具对话框39第3章三相异步电机数学模型4131三相异步电机工作原理4
26、132三相异步电机数学模型的性质4233三相异步电机物理模型4534坐标变换47341三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换（简称3S/2S变换30342两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换简称2S/2R变换31343直角坐标/极坐标变换3135异步电机在二相静止坐标系上的数学模型50第4章系统仿真模型5241速度控制器5242矢量控制器54421DQ到ABC坐标变换模块54422ABC坐标到DQ变换模块55423转子磁链幅值计算模块56424转子磁链角计算模块56425转矩电流计算模块57426励磁电流计算模块5743电流比较脉冲产生器和全桥逆变电路5844异步电机、测量装置及异步电机的模块封
27、装5945其他的模块6146系统仿真模型42第5章仿真结果4315总结46致谢47参考文献48附录一程序49附录二插图清单5216第1章绪论在20世纪大部分年代里，直流调速技术在实践上和理论上较为成熟，而交流调速技术却一直落后于直流调速。直流电机具有很多优点，如起制动性能良好，可以实现广范围内平滑调速等。直流传动所具有优越的调速性能，因而高性能可调速传动都使用直流电动机，而异步电动机的调速性能难以满足生产要求,所以不变速传动多采用交流电动机。随着生产技术的不断发展，直流电机的薄弱环节逐步显示出来，由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量，最高转速以及使用环境都受到限制，稳定性差
28、，成本高，人们把目光转向结构非常简单，运行十分可靠，便于维护、价格非常低廉的交流电机1。交流电机变频调速是一种相当理想调速方法，其实早在20世纪20年代人们对这就有比较切确的认识既能在宽广的速度范围内达到无级调速，也不会在调速过程中使运行效率下滑，更可获得比较好的起动运行特性。但由于当时一直受技术或手段的限制而进展缓慢未能推广使用。到了现代,随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速系统的应用比重逐年上升。而矢量控制技术的产生，又使交流电机的调速技术登上了一个新台阶,矢量控制能够对电压、电流以及它们产生的磁势、磁链的瞬间值进行控制，并且能够实现磁通和转矩的解耦,从而大大提高电机的动、静态性
29、能,使交流电机获得了与直流电机相仿甚至超越直流电机的高动态性能2。11电力电子技术是现代交流调速的物质基础现代交流调速技术的发展是和电力电子技术的发展分不开的。电力电子器件是近代交流传动的基础和支柱，传动技术的发展总是随着器件的发展而发展的。任何一种新器件的问世，都使交流传动技术向前推进一步。电力电子器件发展经过了三个阶段晶闸管是第一代电力电子器件，出现于20世纪50年代中期。集成度和工作频率高、功能强的全控型电力电子器件出现于20世纪70年代中期。近十多年来，智能功率模块迅速发展，该模块将电力电子器件、触发驱动、过电流保护、过电压保护、过热保护以及故障监测等功能集于一体，非常先进。近年来，随
30、着电力电子器件迅猛的发展，交流调速控制技术也得到迅速的发展。它经历了转差频率控制技术、相位控制技术、脉宽调制技术PWM、VVVF控制技术及矢量控制技术，其中PWM变频调速是一种很有发展前途的变频调速方法，而矢量控制技术是很有发展前途的一种新的控制技术3。1712交流调速系统控制技术的发展交流变频调速理论在二十世纪三十年代，就被人开始提出，到了六十年代，由于电力电子器件的发展，变频调速技术开始向实用性方面发展；到了七八十年代，变频调速技术得到广泛应用，变频调速己经实现了产品化，性能不断提高的同时发挥了交流调速的优越性并且在各个工业部门得到广泛应用，部分取代了直流调速系统；自九十年代以来，数字化控
31、制的变频调速系统突飞猛进，先进的电机控制理论如直接转矩控制、磁场定向矢量控制被广泛应用。交流系统的控制远比直流系统复杂的多。在传动控制领域，电机转矩的控制精度、动态转矩的控制等都会对运动控制的稳定性和系统跟踪误差产生巨大的影响，现在实用的交流调速系统的控制方法有以下几种1）V/F控制V/F控制是交流电机最为普遍的一种控制方法，通过控制过程中一直保持V/F为常数来保证转子磁通的恒定。由于V/F控制是一种开环的控制方式，电机转矩利用率低，速度动态特性较差，控制参数还必须根据负载的不同情况来进行相应的调整，尤其是在低速时由于逆变器和定子电阻等器件的开关延时的存在，系统或许会发生不稳定的现象4。2）转
32、差频率控制转差频率控制引入了速度闭环控制，使转速变化频率与实际转速同步上升或同步降落，与V/F控制相比而言，加、减速更为平滑，且更容易使系统得到稳定。但是转差频率控制尚未实施对电机瞬时转矩的闭环控制，而且系统实际的动态响应是有动态电流相位的延时而引起的。3）矢量控制矢量控制系统理论，标志着交流调速理论的重大突破。矢量控制通过坐标变换将交流异步电机模型等效为直流电动机，实现了电机转矩和电机磁通的解耦，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩和转速响应的特性5。4）直接转矩控制DTC直接转矩控制是一种转矩闭环控制方法，其克服了坐标变换和解耦运算的复杂性，直接对转矩进行控制，通过磁通控制误差和转矩误差
33、，按一定的原则选择逆变器开关状态来控制施加在定子端的三相电压，调节电机的输出功率以及转速，从而达到控制电机转速的目的。然而DTC直接着眼于转矩控制，对转子参数的改变表现为状态干扰而不是参数干扰，在某18种意义上来说，DTC方法优于矢量控制方法，具有比较高的鲁棒性。但任何事情都有正反面，DTC也存在着不足，其中最大的困难就是低速性能不够理想6。以上方法中，矢量控制在实际中的应用最广泛。矢量控制具有先进性、实用性和新颖性的特点，是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的。其原理就是将异步电机的模型通过坐标的变化，使之成直流电机模型，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分
34、量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。13矢量控制技术开创了交流调速与直流调速相竞争的时代1971年德国人提出了矢量控制理论的方法，它是一种新的控制技术。它处理了交流电机的转矩控制问题，矢量控制技术根据磁动势相同原则，通过坐标变换以后，二相系统取代了三相系统，然后经过按磁场定向的同步旋转变换达到了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到了对交流电动机的电流和磁链各自控制的方法。这样直流电机取代了三相电机来控制，所以得到了与直流调速系统同样的静、动态特性。80年代中期，磁场定向的矢量控制基本原理理论研究成熟。矢量控制方式主要有两种磁场定向和转差频率矢量控制
35、，但无论采用何种方式，转子磁链的准确检测是实现矢量控制的最主要的关键，直接关系到矢量控制性能的好坏。一般地，转子磁链检测可以利用直法或的方法来实现。直接法即在电机内部埋设感应线圈以检测电机磁链，这种方式不但会使简单的交流电机结构复杂化而且降低了系统的可靠性。间接法通过检测电机的定子转速、电压、电流等可以直接检测的量采用状态重构的方法来观察电机的参数，如果环境改变就会引起电机参数的改变，就会影响到磁链准确观测。为补偿参数改变的影响，人们又引入了各种参数在线辨识算法和补偿算法，但补偿算法的引入也会使系统算法非常复杂化。矢量控制方法的问题提出，使交流传动系统的动态特性得到了显著性的改善，并且使交流传
36、动控制在理论上达到一个质的飞跃,从而使交流调速最终代替直流调速成为可能。实践证明了采用矢量控制的交流调速的优越性高于直流调速系统7。14脉宽调制技术脉宽调制技术PWM指的是利用全控型电力电子器件的关断和导通把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压变频控制并且消除谐波的技术，是电力电子控制器的核心技术之一，电力电子电路任何控制算法的最终实现几乎都是以各种PWM控制方式完成的，对于电机控制而言，目前应用最广泛的是正弦脉宽调制SPWM，1964年德国人把通信系统19的调制技术应用到交流传动中，由此出现了正弦脉宽调制变频变压的思想，PWM技术的发展经历了一个漫长的过程，从最开始追求电压波形的正弦
37、到电流波形的正弦，再到异步电机磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最小，到消除谐波噪声等8。随着新型电力电子器件的不断涌现以及微电子技术的不断发展，变频技术也获得了飞速发展，目前已经有多种可以供人们选择的技术。从实际应用来看，SPWM在各种产品中仍占据着主导地位，并一直是人们研究的热点。从最初的自然采样正弦脉宽调制开始，人们不断探索改进脉宽调制的方法，对自然采样的SPWM做了简单的近似，得到规则采样算法，在此基础上又提出了准优化PWM技术，而后又出现了空间电压矢量PWM技术和电流滞环比较PWM以及在它基础上发展起来的无差拍控制PWM技术。脉宽调制技术为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了一条新道路
38、9。15论文的内容及意义对于调速理论来说，如何改善系统的性能是调速系统发展的目标，而从工程上的实现方式来说，可实现性是调速系统研究所追求的目标。随着异步电动机控制规律探讨的深入，矢量控制具有实用性、先进性和新颖性的特点。它作为一种先进的控制方式，被人们所接受并且随着时间推移而不断发展。本文对矢量控制系统进行了初步的研究，论文主要由以下几部分组成首先是绪论部分，回顾了交流传动和变频调速的概况，列举了实用的交流调速系统的几种控制方法和技术，其次对MATLAB/SIMULINK的基本使用，三相异步电机的工作原理，三相异步电机的数学模型和物理模型，以及矢量控制所需的坐标变换等进行了介绍。接下来在MAT
39、LAB/SIMULINK的工作环境下，采用结构化合模块化的方法，对异步电机的各个部分进行子系统设计，最后综合所有模块得到系统的建模并对它仿真，从而得到一个矢量控制的异步电机调速系统。完成对系统性能的测试。异步电动机比直流电机结构简单、维护方便、工作可靠、成本低、效率高。因此，对异步电机进行矢量控制系统研究，具有重要的意义。20第2章MATLABSIMLINK基本使用介绍21软件背景211仿真软件MATLAB的概述MATLAB是MATRIXLABORATORY的简写，它是以矩阵为基础的编程语言。以前的MATLAB用于解决工程和科学领域的复杂数学问题。由于它具有编程效率高、输入方便、运算高效、符合
40、科技工程人员的操作方式，并且具有绘图功能，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外科研学术教学和科学研究的必备软件。MATHWORKS公司在1984年推出MATLAB，历经几代版本升级，现在MATLAB78版已经面世。早期的MATLAB是在DOS环境下运行，在1990年推出了WINDOWS版本，1993年MATHWORKS公司又推出了MATLAB的微机版本，并且充分支持在MICROSOFTWINDOWS界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界应用广泛，是各科学计算软件中使用次数较高的软件7。MATLAB只有一种数据类型和一种标准的输入输出语句，它以解释方式工作
41、，不需要编译，一般学者经过自学就可以掌握。还可以通过帮助HELP和演示DEMO功能项目来进行学习。MATLAB拥有大量的功能函数命令，这些MATLAB函数仅基本命令部分就有700多个，其中常用的有200300个，掌握和记忆起来都比较困难。1993年出现了SIMULINK，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK串接在MATLAB环境上，21以MATLAB的强大计算功能为基础，以模块框图进行仿真和计算。SIMULINK提供了各种仿真工具，尤其是它具有不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大的方便。在SIMULINK仿真平台上，根据所需要的模型，将相应的模块元件进行连接就可以绘制仿真对
42、象的模型框图，并对模型进行仿真。在SIMULINK平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时，现在的MATLAB都同时捆绑了SIMULINK，其版本也在不断地升级，从1993年的MATLAB40/SIMULINK10版到2001年的MATLAB61/SIMULINK41版，2002年6月又推出了MATLAB65/SIMULINK50版，在计算方法、图形功能、图形用户界面设计、编程手段和工具等方面都有重大改进。MATLABR系列是从2006年开始发布的，MATHWORKS公司在技术层面上实现了一次飞跃。产品发布模式也将改变，将在每年的3月和9月进行
43、两次产品发布，版本的命令方式为“R年份代码”，对应上下半年的代码分别为A和B。每一次发布都会包含所有新的产品模块，如产品的NEWFEATURE、BUGFIXES和新产品模块的推出。目前毕业设计所使用的是MATHWORKS公司在2009年3月份推出的MATLABR2009A产品18。MATLAB不再是单一的“矩阵实验室“，它已经成为高级的数学计算和仿真平台，SIMULINK仿真工具箱起初是为控制系统的仿真而建立的，由于它在使用中可以处理MATLAB不容易解决的变系数、非线性等问题。MATLAB可以仿真较复杂的系统，例如它能够进行连续系统和离散系统的仿真、离散连续混合系统的仿真、线性和非线性系统的
44、仿真、多种采样频率系统的仿真。因此，各科学应用领域可以根据仿真模型的需要，以MATLAB为基础来开发相应的仿真模块程序，并将这些程序以模块的形式导入到SIMULINK中形成模块库。SIMULINK的模块库实际上就是用MATLAB基本语句编写的子程序集。现在SIMULINK模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具模块、通信系统工具模块等也并行列入模块库的目录中，逐级打开模块库浏览器SIMULINKLIBRARYBROWSER的目录，就可以看到相应的模块。电力系统模块库POWERSYSTEMBLOCKSET
45、是从SIMULINK41版开始，该模块库主要由加拿大HYDROQUEBEC和TECSIM公司共同研究开发。在SIMULINK环境下用电力系统模块库的模块，可以进行电力电子电路、RLC电路、电机控制系统和电力系统的仿真。在介绍SIMULINK之前，首先介绍MATLAB的一些基本命令和函数，尤其是MATLAB的绘图功能，是在直流电机特性及仿真分析中经常使用的10。212MATLAB/SIMULINK软件的介绍22SIMULINK是一种基于MATLAB的框图设计环境，是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统仿真、建模以及分析的一个软件包，在非线性系统、线性系统、数字控制以及数字信号处理的
46、建模和仿真中等到广泛应用。SIMULINK可以用离散、连续采样时间或者两种混合的采样时间进行建模，同时也支持多速率系统，换句话说系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，SIMULINK提供了一个建立模型方块图的图形用户接口GUI，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。SIMULINK是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，SIMULINK提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在S
47、IMULINK基础之上的其他产品扩展了SIMULINK多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。SIMULINK与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义11。22模块库在MATLAB命令窗口下个出SIMULINK命令，或单击MATLAB工具栏中的SIMULINK图标，则打开SIMULINK模型库窗口，如图21所示。从图21所示的界面左侧可以看出，整个SIMULINK模块库是由各个模块组构成，故该界面又称为模块库浏览器。可以看出，在标准的SIMULINK模块库
48、中，包括信号源模块（SOURCES）、输出池模块组SINKS、连续模块组CONTINUOUS、离散模块组DISCRETE、数学模块组MATH、非线性模块组NONLINEAR、函数与表格模块组FUNCTION输出，调用“计算模块输出”子函数结束，调用“结束仿真”子函数CASE1,2,4,9SYS其他的FLAGOTHERWISEDASTUDIOERRORSIMULINKBLOCKSUNHANDLEDFLAG,NUM2STRFLAGENDENDSFUNTMPL“模块初始化”子函数返回大小、初始条件和样本FUNCTIONSYS,X0,STR,TSMDLINITIALIZESIZES调用SIMSIZES
49、函数，返回规范格式的SIZES构架这条指令不要修改SIZESSIMSIZES69模块的连续状态个数，0是默认值用户可以根据自己的要求进行修改SIZESNUMCONTSTATES0模块的离散状态个数，0是默认值用户可以根据自己的要求进行修改SIZESNUMDISCSTATES0模块的输出个数，0是默认值用户可以根据自己的要求进行修改SIZESNUMOUTPUTS1模块的输入个数，0是默认值用户可以根据自己的要求进行修改SIZESNUMINPUTS1模块中包含的直通前向馈路个数，1是默认值用户可以根据自己的要求进行修改SIZESDIRFEEDTHROUGH1模块中采样时间的个数，1是默认值，至少需要一个样本时间用户可以根据自己的要求进行修改SIZESNUMSAMPLETIMES1初始化后的构架SIZES经SIMSIZES函数处理后向SYS赋值这条指令不要修改SYSSIMSIZESSIZES给模块初始值变量赋值，是默认值用户可以根据自己的要求进行修改X0系统保留变量切勿改动，保持为空STR“二元对”描述采样时间及偏移量。00是默认值00适用于连续系统10则表示该模块采样时间继承其前的模块采样时间设置70TS10ENDMDLINITIALIZESIZES计算模块输出向量FUNCTIONSYSMDLOUTPUTST,X,U此处填写计算模块输出向量的指令是模块的默认值用户必须把
